(57)【要約】【課題】キャリアトラッピング物質を含む単極性炭素ナノチューブ及び単極性電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】炭素ナノチューブの内部に密封されたキャリアトラッピング物質は、炭素ナノチューブをドーピングさせて両極性特性を単極性特性に容易に変換させるキャリアトラッピング物質を含む単極性炭素ナノチューブである。これにより、トラッピング物質によって、ｐ型またはｎ型炭素ナノチューブ及び電界効果トランジスタを具現できる。【選択図】図１
2007217273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素ナノチューブと、
前記炭素ナノチューブ内に密封されたキャリアトラッピング物質と、を含み、
前記キャリアトラッピング物質は、前記炭素ナノチューブをドーピングさせることを特徴とする単極性炭素ナノチューブ。
【請求項２】
前記キャリアトラッピング物質は、ハロゲン分子であり、
前記炭素ナノチューブは、Ｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項３】
前記ハロゲン分子は、ＢｒまたはＩ分子であることを特徴とする請求項２に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項４】
前記ハロゲン分子は、奇数個のハロゲン原子からなることを特徴とする請求項２に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項５】
前記キャリアトラッピング物質は、電子ドナー分子であり、
前記炭素ナノチューブは、ｎ型であることを特徴とする請求項１に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項６】
前記電子ドナー分子は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする請求項５に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項７】
前記電子ドナー分子は、ＣｓまたはＢａであることを特徴とする請求項６に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項８】
前記炭素ナノチューブは、単一壁炭素ナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の単極性炭素ナノチューブ。
【請求項９】
ソース電極及びドレイン電極と、
ゲートと、
前記ソース電極及びドレイン電極から前記ゲートを離隔させる絶縁層と、
前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触し、電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用する炭素ナノチューブと、
前記炭素ナノチューブ内に密封されたキャリアトラッピング物質と、を含み、
前記キャリアトラッピング物質は、前記炭素ナノチューブをドーピングさせることを特徴とする単極性電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記キャリアトラッピング物質は、ハロゲン分子であり、
前記電界効果トランジスタは、Ｐ型であることを特徴とする請求項９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
前記ハロゲン分子は、ＢｒまたはＩ分子であることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
前記ハロゲン分子は、奇数個のハロゲン原子からなることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
前記キャリアトラッピング物質は、電子ドナー分子であり、
前記電界効果トランジスタは、ｎ型であることを特徴とする請求項９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
前記電子ドナー分子は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする請求項１３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
前記電子ドナー分子は、ＣｓまたはＢａであることを特徴とする請求項１４に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１６】
前記電界効果トランジスタのための基板をさらに備え、
前記絶縁層は、前記基板上に位置し、前記ソース電極、ドレイン電極及び炭素ナノチューブは、前記絶縁層上に位置し、前記炭素ナノチューブは、前記ソース電極とドレイン電極との間で延びたことを特徴とする請求項９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１７】
前記基板は、バックゲートとして作用するようにドーピングされたことを特徴とする請求項１６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１８】
前記炭素ナノチューブ上に前記絶縁層が位置し、前記ゲートは、前記絶縁層上に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１９】
前記炭素ナノチューブは、単一壁炭素ナノチューブであることを特徴とする請求項９に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両極性ナノチューブ特性を単極性ナノチューブ特性に変換したキャリアトラッピング物質を含む単極性炭素ナノチューブ及び電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノチューブ電界効果トランジスタは、電子的性質に優れており、電子的応用に広範に使用されている。しかし、ナノチューブ電界効果トランジスタは、典型的に両極性の電子的特性を表し、これは、多くの素子への応用に望ましくはない。
【０００３】
非特許文献１には、ゲート酸化層をエッチングし、エッチングされた領域下部のシリコン基板を“Ｖ”カットして、ｐ型ＣＮＴ ＦＥＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を具現した。
【０００４】
しかし、前記方法は、複雑な製造工程を必要とする。
【特許文献１】米国特許第６，８３４，００５号明細書
【非特許文献１】Ｙｕ−Ｍｉｎｇ Ｌｉｎ、Ｊｏｅｒｇ Ａｐｐｅｎｚｅｌｌｅｒ、Ｐｈａｅｄｏｎ Ａｖｏｕｒｉｓによる“両極性ＣＮＴ−ＦＥＴを単極性ＣＮＴ−ＦＥＴに変換”ナノレター（ＮＡＮＯ ＬＥＴＴＥＲＳ）２００４ Ｖｏｌ．４、Ｎｏ．５、ＰＰ ９４７〜９５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、内部に密封されたキャリアトラッピング物質によって両極性特性が単極性特性に容易に変換されたナノチューブを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、前記ナノチューブを備えた電界効果トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を解決するために、本発明の単極性炭素ナノチューブは、炭素ナノチューブと、前記炭素ナノチューブ内に密封されたキャリアトラッピング物質と、を含み、前記キャリアトラッピング物質は、前記炭素ナノチューブをドーピングさせることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、前記キャリアトラッピング物質は、ハロゲン分子であり、前記炭素ナノチューブは、Ｐ型である。
【０００９】
前記ハロゲン分子は、ブロム（Ｂｒ）またはヨード（Ｉ）分子でありうる。
【００１０】
前記ハロゲン分子は、奇数個のハロゲン原子からなることが望ましい。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、前記キャリアトラッピング物質は、電子ドナー分子であり、前記炭素ナノチューブは、ｎ型である。
【００１２】
前記電子ドナー分子は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属でありうる。
【００１３】
望ましくは、前記電子ドナー分子は、セシウム（Ｃｓ）またはバリウム（Ｂａ）である。
【００１４】
前記他の目的を解決するために、本発明の単極性電界効果トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、ゲートと、前記ソース電極及びドレイン電極から前記ゲートを離隔させる絶縁層と、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触し、電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用するナノチューブと、前記ナノチューブ内に密封されたキャリアトラッピング物質と、を含み、前記キャリアトラッピング物質は、前記炭素ナノチューブをドーピングさせることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様によれば、前記電界効果トランジスタのための基板をさらに備え、前記絶縁層は、前記基板上に位置し、前記ソース電極、ドレイン電極及びナノチューブは、前記絶縁層上に位置し、前記ナノチューブは、前記ソース電極とドレイン電極との間で延びうる。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、前記ナノチューブ上に前記絶縁層が位置し、前記ゲートは、前記絶縁層上に配置される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炭素ナノチューブの内部にキャリアトラッピング物質を密封させることによって、両極性特性を単極性特性に容易に変換させうる。
【００１８】
また、前記トラッピング物質によってｐ型またはｎ型炭素ナノチューブ及び電界効果トランジスタを具現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明によるキャリアトラッピング物質を含む単極性炭素ナノチューブ及び電界効果トランジスタについてさらに詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る単極性ＣＮＴ ＦＥＴの断面図である。
【００２１】
図１に示すように、導電性基板１０、例えば、高濃度でドーピングされたシリコンウェーハ上にゲート酸化物層１１、例えば、酸化ケイ素が形成されている。
【００２２】
ゲート酸化物層１１上には、相互離隔された電極１３、１４が形成されており、これらの電極１３、１４の間には、炭素ナノチューブ１９が前記電極１３、１４と電気的に連結されるように形成されている。この電極１３、１４は、それぞれドレイン領域及びソース領域として作用し、前記炭素ナノチューブ１９は、チャンネル領域として作用する。また、前記導電性基板１０は、バックゲート電極として作用する。
【００２３】
前記炭素ナノチューブ１９は、単一壁ナノチューブでありうる。前記炭素ナノチューブ１９の内部には、ハロゲン分子、例えば、Ｂｒ分子が密封されている。前記Ｂｒ分子の密封は、Ｂｒ原子をイオンシャワーするか、またはＢｒ水溶液に炭素ナノチューブを浸漬させることによって行われうる。
【００２４】
図２は、炭素ナノチューブの内部にＢｒ分子が密封されたことを示す図面である。図２に示すように、前記Ｂｒ分子は、２−５Ｂｒ原子からなりうる。
【００２５】
図３は、Ａｂ ｉｎｉｔｉｏプログラムで計算されたＢｒ分子とＣＮＴとの結合時の形成エネルギーを示すグラフである。横軸は、炭素ナノチューブのキラリティーを表すものであって、ＣＮＴ（Ｎ，０）のＮを表す。
【００２６】
図３に示すように、奇数Ｂｒ原子からなるＢｒ分子（Ｂｒ３またはＢｒ５）とＣＮＴとの間の形成エネルギーが、偶数Ｂｒ原子からなるＢｒ分子（Ｂｒ２またはＢｒ４）とＣＮＴとの間の形成エネルギーより低く、したがって、奇数Ｂｒ原子からなるＢｒ分子（Ｂｒ３またはＢｒ５）とＣＮＴとの結合が容易になされる。
【００２７】
図４は、Ａｂ ｉｎｉｔｉｏプログラムでシミュレーションしたＢｒ分子の結合によるＣＮＴのＰＤＯＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅ）を示す図面である。図面において実線は、ＣＮＴのＰＤＯＳであり、点線は、Ｂｒ分子とＣＮＴとの結合によって生成された局所スピン密度であり、図面において矢印は、ＣＮＴのバンドギャップエネルギーを表す。
【００２８】
図４に示すように、Ｂｒ３及びＢｒ５分子と炭素との結合時、生成された局所スピン密度は、フェルミ・レベルよりはるかに低く、したがって、このような状態は、ＣＮＴのバンドエネルギーの状態に影響を及ぼさない。このとき、Ｂｒ分子は、ＣＮＴの炭素と結合してＣＮＴから電子を奪い取るので、ＣＮＴは、ｐ型になる。前記Ｂｒ分子は、ＣＮＴから電子を奪い取るキャリアトラッピング物質である。このようなＢｒ分子とＣＮＴとの結合は、強い吸着またはｐドーピングと言える。前記キャリアトラッピング物質であるＢｒ分子は、前記炭素ナノチューブ１９をｐ型単極性炭素ナノチューブにする。したがって、前記ｐ型単極性炭素ナノチューブ１９を備える電界効果トランジスタは、ｐ型単極性電界効果トランジスタとなる。
【００２９】
一方、Ｂｒ２分子がＣＮＴと結合する場合には、価電子帯域と伝導性帯域との間に局所スピン密度が存在し、この局所スピン密度は、ＣＮＴのバンドギャップエネルギーの状態に影響を及ぼす。しかし、このようなＢｒ２とＣＮＴとの結合は、図３の形成エネルギーを考慮すれば、Ｂｒ分子がＢｒ２状態で存在する可能性は非常に低い。
【００３０】
実施形態１では、Ｂｒをキャリアトラッピング物質として使用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ハロゲン分子、例えば、Ｉ分子が使用されうる。
【００３１】
また、ハロゲン分子の代りにアルカリ金属またはアルカリ土類金属が使用されうる。例えば、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）が使用されうる。ただし、Ｃｓ、Ｂａのような金属原子がキャリアトラッピング物質として使用されるとき、これらの金属原子が炭素と結合して電子をＣＮＴに提供するので、ＣＮＴは、ｎ型になる。このようなキャリアトラッピング物質は、ＣＮＴに電子を与える電子ドナー分子である。このようなｎ型ＣＮＴを備えた電界効果トランジスタは、ｎ型になる。
【００３２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る単極性ＣＮＴ ＦＥＴの断面図である。図５に示すように、基板２０上に絶縁層２１が形成されている。絶縁層２１上には、相互離隔された電極２３、２４が形成されており、これらの電極２３、２４の間には、炭素ナノチューブ２９が前記電極２３、２４と電気的に連結されるように形成されている。前記炭素ナノチューブ２９上には、ゲート酸化物層３１が形成されている。また、前記ゲート酸化物層３１上で、前記電極２３、２４の間のチャンネル領域に対応する領域には、パターニングされたゲート電極３３が形成されている。前記電極２３、２４は、それぞれドレイン領域及びソース領域として作用し、前記炭素ナノチューブ２９は、チャンネル領域として作用する。
【００３３】
前記炭素ナノチューブ２９は、単一壁ナノチューブでありうる。前記炭素ナノチューブ２９の内部には、ハロゲン分子、例えば、Ｂｒ分子が密封されている。前記Ｂｒ分子は、Ｂｒ３またはＢｒ５分子からなっている。前記キャリアトラッピング物質であるＢｒ分子は、前記炭素ナノチューブ２９をｐ型単極性炭素ナノチューブにする。したがって、前記ｐ型単極性炭素ナノチューブを備える電界効果トランジスタは、ｐ型単極性電界効果トランジスタとなる。
【００３４】
前記では多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するためのものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ナノチューブ電界効果トランジスタに関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る単極性ＣＮＴ ＦＥＴの断面図である。
【図２】炭素ナノチューブの内部にＢｒ分子が密封されたことを示す図面である。
【図３】Ａｂ ｉｎｉｔｉｏプログラムで計算されたＢｒ分子とＣＮＴとの結合時の形成エネルギーを示すグラフである。
【図４】Ａｂ ｉｎｉｔｉｏプログラムでシミュレーションしたＢｒ分子の結合によるＣＮＴのＰＤＯＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅ）を示す図面である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る単極性ＣＮＴ ＦＥＴの断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  導電性基板
１１  ゲート酸化物層
１３、１４   電極
１９   炭素ナノチューブ
【図１】
2007217273.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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